Двомодові резонатори та смуго-пропускнi фільтри на основi меандрових ліній передачі

Автор(и)

  • Сергій Миколайович Літвінцев Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» , Україна image/svg+xml http://orcid.org/0000-0002-6171-0036
  • Олександр Віталійович Захаров Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» , Україна image/svg+xml https://orcid.org/0000-0002-1222-1623

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347023120014

Ключові слова:

смуго-пропускний фільтр, коефіцієнт зв’язку, двомодові коливання, двомодовий резонатор, фазочастотна характеристика, меандровий резонатор, резонансна частота

Анотація

В роботі досліджено властивості двомодових резонаторів з відрізків ліній передачі, що характеризуються одним виміром і вперше вирішена задача їх синтезу. Вхідними елементами для синтезу є ступінчасто-імпедансні резонатори SIR (stepped-impedance resonator) з різною кількістю секцій N, що мають різні характеристичні імпеданси Z0i, i = 1, 2, …, N. Синтезовано чотири двомодові резонатори, які являють собою меандр з чергуючимися ділянками високого Z0max та низького Z0min характеристичного iмпедансу. У двох резонаторах двомодове коливання формується взаємним зближенням резонансних частот f01 та f02, і вони формують меандр з трьома ділянками. Два інших резонатори є меандром з п’яти ділянок. У цих резонаторах двомодове коливання формується внаслідок зближення резонансних частот f02 та f03, що дозволяє використовувати їх на вищих частотах без зменшення їх довжини. Обидва кінці цих резонаторів можуть бути як розімкненими, так і короткозамкненими. Встановлено просту аналітичну залежність парних fe та непарних fo мод від параметра m = Z0max/Z0min синтезованих меандрових двомодових резонаторів. Чим більший m, тим ближче моди fe та fo одна до одної. Ступінь їх зближення може становити 4% або менше. Ця залежність дозволила визначити коефіцієнт зв’язку K між парною fe та непарною fo модами через параметр m, що спростило проектування меандрових двомодових смуго-пропускних фільтрів (СПФ). Розглянуто приклади проектування таких СПФ та їх мікросмужкові реалізації.

Посилання

  1. A. Zakharov, S. Litvintsev, “Planar bandpass filters based on resonators generating transmission zeros,” IEEE Circuits Syst. Mag., vol. 25, no. 2, pp. 57–73, 2025, doi: https://doi.org/10.1109/MCAS.2025.3543781.
  2. Y. Wu, K. Ma, “Synthesis design of multiband bandpass filters employing multimode bandstop resonators with star-like topology,” IEEE Trans. Circuits Syst. I Regul. Pap., vol. 70, no. 6, pp. 2612–2624, 2023, doi: https://doi.org/10.1109/TCSI.2023.3253903.
  3. F. Wei, Y.-C. Xue, X.-B. Zhao, W.-S. Liu, L. Xu, P. F. Zhang, “Balanced BPF with dual-port quasi-reflectionless characteristic and selectivity enhancement,” IEEE Trans. Circuits Syst. II Express Briefs, vol. 70, no. 3, pp. 994–998, 2023, doi: https://doi.org/10.1109/TCSII.2022.3218154.
  4. A. Zakharov, “Parametric and structural-parametric synthesis of nonuniform transmission line resonators,” IEEE Trans. Circuits Syst. I Regul. Pap., vol. 68, no. 3, pp. 1055–1067, 2021, doi: https://doi.org/10.1109/TCSI.2020.3044925.
  5. J.-S. Hong, Microstrip Filters for RF/Microwave Applications, 2nd ed. New Jersey: Wiley, 2011, doi: https://doi.org/10.1002/9780470937297.
  6. R. J. Cameron, C. M. Kudsia, R. R. Mansour, Microwave Filters for Communication Systems, 2nd ed. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, Inc., 2018, doi: https://doi.org/10.1002/9781119292371.
  7. A. V. Zakharov, M. E. Il’chenko, “Thin bandpass filters containing sections of symmetric strip transmission line,” J. Commun. Technol. Electron., vol. 58, no. 7, pp. 728–736, 2013, doi: https://doi.org/10.1134/S1064226913060144.
  8. A. V. Zakharov, “Stripline combline filters on substrates designed on high-permittivity ceramic materials,” J. Commun. Technol. Electron., vol. 58, no. 3, pp. 265–272, 2013, doi: https://doi.org/10.1134/S1064226913030145.
  9. Y. Chen, K.-L. Wu, “Metal-dielectric coaxial dual-mode resonator bandpass filters,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 72, no. 1, pp. 670–679, 2024, doi: https://doi.org/10.1109/TMTT.2023.3306590.
  10. W. Qin, J. Cai, Y.-L. Li, J.-X. Chen, “Wideband tunable bandpass filter using optimized varactor-loaded SIRs,” IEEE Microw. Wirel. Components Lett., vol. 27, no. 9, pp. 812–814, 2017, doi: https://doi.org/10.1109/LMWC.2017.2734848.
  11. A. V. Zakharov, M. E. Il’chenko, “A new approach to designing varicap-tuned filters,” J. Commun. Technol. Electron., vol. 55, no. 12, pp. 1424–1431, 2010, doi: https://doi.org/10.1134/S1064226910120156.
  12. A. Zakharov, M. Ilchenko, “Circuit function characterizing tunability of resonators,” IEEE Trans. Circuits Syst. I Regul. Pap., vol. 67, no. 1, pp. 98–107, 2020, doi: https://doi.org/10.1109/TCSI.2019.2940066.
  13. T. Ishizaki, M. Fujita, H. Kagata, T. Uwano, H. Miyake, “A very small dielectric planar filter for portable telephones,” in 1993 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, 1993, pp. 177–180, doi: https://doi.org/10.1109/MWSYM.1993.276916.
  14. L. K. Yeung, K.-L. Wu, Y. E. Wang, “Low-temperature cofired ceramic LC filters for RF applications [Applications Notes],” IEEE Microw. Mag., vol. 9, no. 5, pp. 118–128, 2008, doi: https://doi.org/10.1109/MMM.2008.927634.
  15. M. Makimoto, S. Yamashita, Microwave Resonators and Filters for Wireless Communication, vol. 4. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 2001, doi: https://doi.org/10.1007/978-3-662-04325-7.
  16. А. В. Захаров, М. Е. Ильченко, Л. С. Пинчук, “Коэффициенты связи между ступенчато-импедансными резонаторами в полосковых полосно-пропускающих фильтрах решетчатого типа,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 57, no. 5, pp. 35–44, 2014, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347014050045.
  17. А. В. Захаров, М. Е. Ильченко, Л. С. Пинчук, “Зависимость коэффициента связи между четвертьволновыми резонаторами от параметров гребенчатых полосковых фильтров,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 58, no. 6, pp. 52–60, 2015, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347015060060.
  18. А. В. Захаров, М. Е. Ильченко, В. Я. Карнаух, Л. С. Пинчук, “Полосковые полосно-пропускающие фильтры со ступенчатыми резонаторами,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 54, no. 3, pp. 56–63, 2011, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347011030071.
  19. X. Wu, Y. Cao, B. Yuan, Y. Qi, G. Wang, “Bandpass filters using single and cascaded novel triple-mode ceramic monoblocks,” IEEE Trans. Components, Packag. Manuf. Technol., vol. 13, no. 7, pp. 965–977, 2023, doi: https://doi.org/10.1109/TCPMT.2023.3296108.
  20. D. Morgan, Surface Acoustic Wave Filters: With Applications to Electronic Communications and Signal Processing. Academic Press, 2010.
  21. A. Zakharov, M. Ilchenko, “Trisection microstrip delay line filter with mixed cross-coupling,” IEEE Microw. Wirel. Components Lett., vol. 27, no. 12, pp. 1083–1085, 2017, doi: https://doi.org/10.1109/LMWC.2017.2759724.
  22. A. V. Zakharov, S. A. Rozenko, “Duplexer designed on the basis of microstrip filters using high dielectric constant substrates,” J. Commun. Technol. Electron., vol. 57, no. 6, pp. 649–655, 2012, doi: https://doi.org/10.1134/S1064226912030187.
  23. A. Zakharov, M. Ilchenko, “Coupling coefficients between resonators in stripline combline and pseudocombline bandpass filters,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 68, no. 7, pp. 2679–2690, 2020, doi: https://doi.org/10.1109/TMTT.2020.2988866.
  24. I. Wolff, “Microstrip bandpass filter using degenerate modes of a microstrip ring resonator,” Electron. Lett., vol. 8, no. 12, p. 302, 1972, doi: https://doi.org/10.1049/el:19720223.
  25. M. Makimoto, M. Sagawa, “Varactor tuned bandpass filters using microstrip-line ring resonators,” in MTT-S International Microwave Symposium Digest, 1986, vol. 86, pp. 411–414, doi: https://doi.org/10.1109/MWSYM.1986.1132206.
  26. H. Yabuki, M. Sagawa, M. Matsuo, M. Makimoto, “Stripline dual-mode ring resonators and their application to microwave devices,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 44, no. 5, pp. 723–729, 1996, doi: https://doi.org/10.1109/22.493926.
  27. M.-S. Chung, I.-S. Kim, S.-W. Yun, “Varactor-tuned hairpin bandpass filter with an attenuation pole,” in 2005 Asia-Pacific Microwave Conference Proceedings, 2005, vol. 4, pp. 1–4, doi: https://doi.org/10.1109/APMC.2005.1606748.
  28. X. Y. Zhang, J.-X. Chen, Q. Xue, S.-M. Li, “Dual-band bandpass filters using stub-loaded resonators,” IEEE Microw. Wirel. Components Lett., vol. 17, no. 8, pp. 583–585, 2007, doi: https://doi.org/10.1109/LMWC.2007.901768.
  29. W. Feng, W. Che, “Novel wideband differential bandpass filters based on T-shaped structure,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 60, no. 6, pp. 1560–1568, 2012, doi: https://doi.org/10.1109/TMTT.2012.2188538.
  30. C.-H. Wang, Y.-S. Lin, C. H. Chen, “Novel inductance-incorporated microstrip coupled-line bandpass filters with two attenuation poles,” in 2004 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest (IEEE Cat. No.04CH37535), 2004, pp. 1979–1982, doi: https://doi.org/10.1109/MWSYM.2004.1338999.
  31. C.-H. Wu, Y.-S. Lin, C.-H. Wang, C. H. Chen, “Novel microstrip coupled-line bandpass filters with shortened coupled sections for stopband extension,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 54, no. 2, pp. 540–546, 2006, doi: https://doi.org/10.1109/TMTT.2005.862710.
  32. A. Zakharov, S. Litvintsev, “Expanding functionality of dual-mode resonators and filters using nonuniform transmission line structural elements,” IEEE Trans. Circuits Syst. I Regul. Pap., vol. 69, no. 8, pp. 3124–3135, 2022, doi: https://doi.org/10.1109/TCSI.2022.3169472.
  33. R.-J. Mao, X.-H. Tang, F. Xiao, “Novel compact quarter-wavelength resonator filter using lumped coupling elements,” IEEE Microw. Wirel. Components Lett., vol. 17, no. 2, pp. 112–114, 2007, doi: https://doi.org/10.1109/LMWC.2006.890332.
  34. L. Athukorala, D. Budimir, “Compact dual-mode open loop microstrip resonators and filters,” IEEE Microw. Wirel. Components Lett., vol. 19, no. 11, pp. 698–700, 2009, doi: https://doi.org/10.1109/LMWC.2009.2032003.
  35. H.-J. Tsai, N.-W. Chen, S.-K. Jeng, “Center frequency and bandwidth controllable microstrip bandpass filter design using loop-shaped dual-mode resonator,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 61, no. 10, pp. 3590–3600, 2013, doi: https://doi.org/10.1109/TMTT.2013.2280129.
  36. D. Lu, X. Tang, N. S. Barker, M. Li, T. Yan, “Synthesis-applied highly selective tunable dual-mode BPF with element-variable coupling matrix,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 66, no. 4, pp. 1804–1816, 2018, doi: https://doi.org/10.1109/TMTT.2017.2783376.
  37. S. Karthie, S. L. Manibala, “Novel fractal-based dual-mode quasi-elliptic microstrip band-pass filter for WLAN applications,” Appl. Phys. A, vol. 129, no. 3, p. 199, 2023, doi: https://doi.org/10.1007/s00339-023-06495-3.
  38. K. N. Mohan, Y. K. Choukiker, “Higher order bandpass single and dual band frequency selective surfaces with aperture coupled patch resonators,” IEEE Access, vol. 12, pp. 25254–25264, 2024, doi: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2024.3366452.
  39. C. Fan et al., “Highly selective microstrip bandpass filters using dual-mode patch resonator loaded with short via,” AEU - Int. J. Electron. Commun., vol. 185, p. 155457, 2024, doi: https://doi.org/10.1016/j.aeue.2024.155457.
  40. P. I. Richards, “Resistor-transmission-line circuits,” Proc. IRE, vol. 36, no. 2, pp. 217–220, 1948, doi: https://doi.org/10.1109/JRPROC.1948.233274.
  41. H. J. Riblet, “General synthesis of quarter-wave impedance transformers,” IRE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 5, no. 1, pp. 36–43, 1957, doi: https://doi.org/10.1109/TMTT.1957.1125088.
  42. G. L. Matthaei, L. Young, E. M. T. Jones, Microwave Filters, Impedance-Matching Networks, and Coupling Structures. New York: Artech House Books, 1980.
  43. A. Zakharov, S. Rozenko, S. Litvintsev, “Combline filters with increased stopband and one-sided selectivity,” IEEE Microw. Wirel. Technol. Lett., vol. 33, no. 4, pp. 407–410, 2023, doi: https://doi.org/10.1109/LMWT.2022.3221269.
Мікросмужковий меандровий двомодовий СПФ з п’ятьма секціями та двома розімкненими кінцями

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-04-26

Як цитувати

Літвінцев, С. М., & Захаров, О. В. (2025). Двомодові резонатори та смуго-пропускнi фільтри на основi меандрових ліній передачі. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 68(4), 206–220. https://doi.org/10.20535/S0021347023120014

Номер

Том 68 № 4 (2025)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2025 Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка